全國中小學科展

國中組

抓不住你?衝出重圍!~以tracker追蹤圓周運動甩離軌跡之探究

從新聞事件發想,用圓桌轉盤模擬物體圓周運動,並用tracker追蹤甩離的軌跡。 從實驗得知,轉盤轉速越快,物體離轉盤圓心越遠,需要的向心力愈大,當超越桌子最大靜摩擦能提供的向心力時,物體向外加速移動,隨著不足的動摩擦力,轉出螺旋軌跡。 利用座標xy圖顯示質點的甩離軌跡,實際相片作圖,測量影格相關數據,還原甩離真相。 長形物體受摩擦力作用,若轉彎時前後離圓心半徑不同,造成速差,會自轉甩出。 從甩離軌跡型態與加速現象,發現甩離的過程,向心力漸減、切線加速力量漸增。 綜合實測數據,我們沙盤推演出履帶甩離運動細部機制。二探現場發現路口特殊,速限前後急轉彎,十噸履帶向心拉力暴增,建議大車提早切外線,減速過彎,是唯一安全之路。

「非」天「頓」地-非牛頓流體阻尼的減震效果與建物即時監測研究

本研究探討非牛頓流體阻尼位於地上不同樓層及地下室的減震效果。我們以樂高動力積木搭配伺服馬達及程式控制器自製地震模擬器,體積較小,且能透過調整程式的功率模擬不同震度的S波,進而討論不同震度在相同變因中的差異。此外,我們為建築物設計地下室結構,並將非牛頓流體阻尼放入地下室外牆,觀察減震效果,實驗得知,地下室外牆放入阻尼皆較填入輕黏土更減震。同時,我們也製作不同長細比及不同建材的建築,分析數據後得出最減震、最具安全性的結構比例和建築材料。並比較建築上不同重心高度及搖晃時間長短對非牛頓流體減震效果的影響。最後,利用Arduino超聲波測距模組進行建築傾斜觀測,提高建築各面向的安全性。

「鳳」中奇緣–探討鳳梨牛奶的反應情形及其應用

鳳梨牛奶會產生結塊的主因來自鳳梨酵素會和牛奶中的蛋白質反應。研究發現鳳梨果肉所含蛋白質比果心多、抗氧化力亦高於果心,pH值則與果心無明顯差異。另測得酪蛋白還原碘能力最佳,清除DPPH自由基及還原力則分別是乳清蛋白及牛奶最佳。將相同pH值的鳳梨汁、鹽酸及醋酸加牛奶鳳梨汁能產生顯著沉澱,而酸和鳳梨酵素與牛奶反應的產物不同,會進而影響澄清液的pH值變化。此外,鳳梨酵素在果心部位活性較高,經60℃處理果肉汁及80℃處理果心汁與自行萃取的果肉酵素對蛋白質反應性較高。由於鳳梨水解酪蛋白較醋酸水解酪蛋白的抗氧化力佳,且反應愈久、還原碘的能力愈好,我們嘗試將鳳梨水解酪蛋白加入海藻酸鈉形成薄膜,但抗氧化力會隨時間漸減 。

不「鰻」你了~魚骨成金

本研究採用創新設計的「水代法」處理養殖鰻魚加工後廢棄魚骨,成功解決過往鰻魚骨含油量高,無法利用而丟棄的環保問題,使生物資源得到充分利用。透過「低溫烘乾前處理」製成的鰻魚骨粉香氣與口感俱佳,適合作為食品添加物。 水代法是將鰻魚骨在90℃水溫、粉水比1:3狀態,藉由攪拌、壓榨去油,不僅保留營養成分(蛋白質、鈣質、磷質),同時降低高達90%的脂肪含量。水代產生的處理液可進一步開發為胺基酸萃取物和鰻魚油,創造多元的商業價值。「食鹽水浸泡處理」取代較不環保的「強鹼處理」製作鰻骨鈣粉,可有效減少環境負擔。本研究製程簡便且低耗能、低耗水,可降低成本,顯著提升產業競爭力和環境效益。

雙珠連動轉珠還-探討雙珠系統的運動過程

本實驗目的在探討雙珠系統轉動情形,我們以高速攝影機,Tracker分析軟體探討彈力串珠繩長度、彈力串珠繩數目、彈力串珠繩轉動圈數、鐵珠質量、雙鐵珠不同質量、接觸面材質等不同變因下,其開闔週期、轉動圈數、最大半徑及轉動週期間的相關性,並進一步找出雙珠系統運動原理。 由實驗結果可發現,不論是從哪一項變因探討,雙珠系統過程皆符合彈力串珠繩與鐵珠間位能與動能轉換原理。因過程中摩擦力持續作用下,轉動過程中系統總能量也會隨時間而減少。

臺灣海峽自然環境對離岸風機穩固度的影響

此研究是探討臺灣海峽沉積物種類、風力大小及風機的水下結構等因素,進行對風機穩固度的分析。 預設在地震五弱時,臺灣灘北側及東側,位於24.0~24.5°N、118.2~120.5°E沉積物粒徑大於0.5mm,對單樁式及螺距2mm的螺紋式風機穩固度影響較大。 蒲福風級6級風,在海峽中線到馬祖的部分大約位於25.0~26.3°N、119.3°E~120.0°E,對風機的穩固度影響甚鉅,比5級風的傾斜角多約12倍;在新竹、苗栗外海至海峽中線大約位於24.0~25.3°N、120.0°E~120.5°E,傾斜角度隨著風力級數增加而逐漸變大呈正相關的態式;在臺灣灘北側及東側大約位於24.0~24.5°N、118.2~120.5°E,風級在6級以下就對風機穩固度沒有影響。且我們發現風機發電機艙重量,模擬在120克重時,風機為最穩定;在比較四種不同的螺距,發現螺距和旋轉次數於地震五弱(150RPM)時對穩固度影響較小。

以小搏大─螺旋停降器原理探究

本研究探究螺旋降停器的原理,以一棉線連接重錘與輕物,跨掛於橫軸上,施放前由手持輕物於一端,使重錘懸掛。當施放輕物時,觀察重錘下降到停止的過程與輕物受到重錘作用力而產生的螺旋運動。 本研究以施放角度、重錘與輕物配重比、旋轉橫軸直徑、旋轉軸材質與棉線粗細等變因,探討不同變因對重錘降停效果與輕物繞行旋轉軸的影響。研究結果發現:1.施放角度會影響重錘降停距離,90°降停距離最短,其摩擦力與繩子張力等之合力最大;2.重錘與輕物的配重比愈大,重錘降停距離愈長,輕物的旋轉速度愈快;3.旋轉橫軸直徑愈大,重鍾降停距離愈短;4.粗棉線使重錘降停距離較小,且較快停止;5.旋轉軸的表面材質愈粗糙,重錘的降停距離愈短。

水花的減緩者

本實驗將掉落物稱為擬便,入水後短暫形成的無水空間稱為空腔。 我們發現水花高度和擬便距離水面的高度成高度線性關係,空腔深度和擬便距離水面的高度也成高度線性關係;而固定擬便距離水面的高度,當水深不同時,水花高度變化不一定和水深正相關。 其次,擬便的密度、先接觸水面端的面積、形狀、突起排列對水花高度的影響並無明確的規律性。 而在改變水溶液性質下,我們發現: 1. 當水面有一層介質時,都會降低水花高度,但水花高度卻和空腔深度呈現負相關。 2. 使用鹽、糖改變水溶液密度時,水花高度、空腔深度隨密度改變情形,兩種溶液並不相同。 3. 改變水溶液黏稠度時,洗碗精對水花的降低效果較果糖好。 4. 水面上有泡沫均能有效降低水花高度。

井字遊戲-次元突破

本次研究的目的,是將傳統的井字遊戲做延伸,將之轉成立體空間的OX遊戲,討論3x3x3井字遊戲的先手必勝方式;之後將立體井字遊戲再延伸,把維度提高至4以上,給定維度在4以上的遊戲規則,同時找出在維度n、長度3的情況下,先手必勝的方式;再來計算出在維度n、長度k的情況下,可連線之方式有∑_(i=1)^n▒C_i^n ×2^(i-1)×k^(n-i)種,也給出在維度n、長度k的條件下,任意給出一點,此點可連線出去的條件與算法,最後得到結論,點越置中越好。

「藻生罐子?」 --- 改良水庫太陽能板漂浮罐的研究

許多國家都在尋找減少水庫蒸發量的方法,我們想在水庫放置結合太陽能板的生態罐,它能吸收氮磷化合物,改善優養化,燃燒藻類後又能提供生質能源。 實驗發現: 一、生態罐水位於3/5時可提供藻類生長的合宜環境: 1.瓶內溫度最低也最穩定,約25℃,較瓶外氣溫32℃低,故具有良好降溫效果。 2.照光下,罐內外氣壓差穩定於6 cm-H2O。 3.藻類的周生長倍數大約為1.19倍。 4.燃燒熱值周產量為19.5mW/mm2。 二、藻生罐子平衡速率快,大約24秒就能平衡於3/5位置